Горючі гази: назви, властивості та застосування

Горючі гази – речовини з низьким порогом теплоти згоряння. Це основний компонент газоподібного палива, яке використовується для газопостачання міст, в промисловості та інших сферах життєдіяльності. Фізико-хімічні характеристики таких газів залежать від наявності в їх складі негорючих компонентів і шкідливих домішок.

Види і походження горючих газів

Горючі гази містять метан, пропан, бутан, етан, водень і окис вуглецю, іноді з домішками гексану і пентану. Їх отримують двома способами – з природних родовищ і штучним шляхом. Гази природного походження – паливо, результат природного біохімічного процесу розкладання органіки. Більшість покладів розташовані на глибині менше 15 км і складаються переважно з метану з малими домішками пропану, бутану і етану. Зі збільшенням глибини залягання зростає процентний вміст домішок. Видобувається з природних покладів або в якості супутніх газів нафтових родовищ.


Найчастіше поклади природного газу сконцентровані в осадових породах (пісковики, галечники). Покривними і підстилаючими шарами служать щільні глинисті породи. В якості підошви в основному виступають нафта і вода. Штучні – горючі гази, одержувані внаслідок термічної переробки різного виду твердих палив (кокс і ін) і похідні продукти нафтопереробки. Основним компонентом природних газів, що видобуваються в сухих родовищах, є метан з невеликою кількістю пропану, бутану і етану. Природний газ характеризується постійністю складу, належить до категорії сухих. Склад газу, що отримується при нафтопереробці та із змішаних газонафтових покладів, непостійний і залежить від величини газового фактора, природи нафти і умов розділу нафтогазових сумішей. В нього входить значна кількість пропану, бутану, етану, а також інші легкі та важкі вуглеводні, містяться в нафті, аж до гасових і бензинових фракцій.


Видобуток горючих природних газів полягає у витяганні його з надр, збір, видалення зайвої вологи і підготовку до транспортування споживачеві. Особливість видобутку газу полягає в тому, що на всіх стадіях від пласта до кінцевого споживача весь процес герметизований.

Горючі гази та їх властивості

Жаропроизводительность – максимальна температура, яка виділяється при повному згорянні сухого газу в теоретично необхідній кількості повітря. При цьому виділяється тепло витрачається на нагрівання продуктів згоряння. Для метану цей параметр °С дорівнює 2043 бутану – 2118 пропану – 2110. Температура займання – найменша температура, при якій відбувається мимовільний процес займання без впливу зовнішнього джерела, іскри або полум'я, за рахунок теплоти виділяється частинками газу. Цей параметр особливо важливий для визначення допустимої температури поверхні апаратів, які використовуються в небезпечних зонах, яка не повинна перевищувати температуру займання. Для такої апаратури присвоюється температурний клас. Температура спалаху – найменша температура, при якій виділяється достатня кількість парів (на поверхні рідини) для займання від найменшого полум'я. Це властивість не варто узагальнювати з температурою займання, оскільки ці параметри можуть різнитися в значній мірі.
Щільність газу/пара. Визначається в порівнянні з повітрям, чия щільність дорівнює 1. Щільність газу 1 – падає. Наприклад, для метану цей показник дорівнює 055.

Небезпека горючих газів

Горючі гази становлять небезпеку трьома своїми властивостями:

Горючість. Існує ризик виникнення пожежі, пов'язаний з неконтрольованим спалюванням газу;

Токсичність. Ризик отруєння газом або продуктами його горіння (чадний газ);

Удушення внаслідок дефіциту кисню, який може бути заміщений іншим газом.

Процес горіння являє собою хімічну реакцію, в яку входить кисень. При цьому виділяється енергія у вигляді теплоти, полум'я. Запалюючим речовиною виступає газ. Процес горіння газу можливий при наявності трьох факторів:

Джерело займання.

Горючі гази.

Кисень.

Метою протипожежного захисту є виключення як мінімум одного з факторів.

Метан

Це безбарвний легкий горючий газ без запаху. Нетоксичний. Метан становить 98% всіх природних газів. Вважається основним, визначальним властивості природного газу. На 75% складається з вуглецю і на 25% з водню. Маса куб. метра – 0717 кг. Зріджується при температурі 111 при цьому його обсяг зменшується в 600 раз. Володіє низькою реакційною здатністю.

Пропан

Газ пропан – горючий газ, без кольору і запаху. Володіє більшою реакційною здатністю, ніж метан. Вміст у природному газі 01-11% по масі. У попутних газах із змішаних газонафтових родовищ до 20%, в продуктах переробки твердих палив (бурого та кам'яного вугілля, кам'яновугільної смоли) до 80%. Газ пропан використовується в різних реакціях для отримання етилену, пропілену, нижчих олефінів, нижчих спиртів, ацетону, мурашиної та пропіонової кислоти, нитропарафинов.

Бутан

Горючий газ без кольору, зі своєрідним запахом. Бутан газ легко стискаємо і леткий. Міститься в нафтовому газі до 12% за обсягом. Також вийдуть в результаті крекінгу нафтових фракцій і лабораторним шляхом по реакції Вюрца. Температура замерзання -138 про С. Як і всі вуглеводневі гази, пожежобезпечний. Шкідливий для нервової системи, при вдиханні викликає дисфункцію дихального апарату. Бутан (газ) володіє наркотичними властивостями.

Етан

Етан – газ без кольору і запаху. Представник вуглеводнів. Дегідрування при 550-650 0 С призводить до етилену, понад 800 0 З – до ацетилену. Міститься в природних і попутних газах до 10%. Виділяється низькотемпературної ректифікацією. Значні обсяги етану виділяються при крекінгу нафти. В лабораторних умовах отримують по реакції Вюрца. Є основною сировиною для одержання вінілхлориду та етилену.

Водень

Прозорий газ без запаху. Нетоксичний, у 145 разів легше за повітря. По виду водень не відрізняється від повітря. Володіє високою реакційною здатністю, широкими межами займання, дуже вибухонебезпечний. Входить до складу всіх органічних сполук. Найбільш важко стислий газ. Вільний водень у природі зустрічається вкрай рідко, але у вигляді сполук дуже поширений.

Окис вуглецю

Безбарвний газ, без смаку і запаху. Маса 1 куб. м – 125 кг. Міститься в висококалорійних газах поряд з метаном та іншими вуглеводнями. Збільшення частки окису вуглецю в нафтовий газ знижує теплоту згоряння. Чинить токсичний вплив на людський організм.

Застосування горючих газів

Горючі гази володіють високою теплотою згоряння, а тому є високоекономічним енергетичним паливом. Широко застосовуються для комунально-побутових потреб, на електростанціях, в металургії, скляній, цементній та харчової промисловості, в якості автомобільного палива, при виробництві будівельних матеріалів. Використання горючих газів як сировини для виробництва таких органічних сполук як формальдегід, метиловий спирт, оцтова кислота, ацетон, ацетальдегід, що зумовлено наявністю в їх складі вуглеводнів. Метан, основний компонент горючих природних газів, широко застосовується для виробництва різних органічних продуктів. Для отримання аміаку і різного роду спиртів використовується синтез-газ – продукт конверсії метану киснем або водяною парою. Піролізом і дегидрогенизацией метану отримують ацетилен, поряд з воднем і сажею. Водень, в свою чергу, використовується для синтезу аміаку. Горючі гази, і в першу чергу етан, застосовують при отриманні етилену і пропілену, які в подальшому використовуються в якості сировини для виробництва пластмас, штучних волокон і синтетичних каучуків. Перспективним видом палива для багатьох галузей народного господарства є зріджений метан. Використання зріджених газів у багатьох випадках дає більшу економічну вигоду, дозволяючи знизити матеріалозатрати на транспортування і вирішити проблеми газопостачання в окремих районах, дозволяє створювати запаси сировини для потреб хімічної промисловості.